Kuinka suunnitella invertteri - teoria ja opetusohjelma

Kuinka suunnitella invertteri - teoria ja opetusohjelma

Viestissä selitetään perustavanlaatuiset vinkit ja teoriat, jotka voivat olla hyödyllisiä uusille tulokkaille suunniteltaessa tai käsiteltäessä taajuusmuuttajan peruskäsitteitä. Opitaan lisää.



Mikä on invertteri

Se on laite, joka muuntaa tai muuntaa matalajännitteisen, suuren tasavirtapotentiaalin matalavirtaiseksi suureksi vaihtojännitteeksi, kuten 12 V: n autolähteestä 220 V: n AC-lähtöön.

Perusperiaate yllä olevan muunnoksen takana





Pienjännitevirtalähteen muuntamisen korkeajännitteiseksi vaihtovirraksi -periaatteena on käyttää tallennettua suurta virtaa tasavirtalähteen (yleensä akun) sisällä ja lisätä sitä suurjännitevirtaan.

Tämä saavutetaan periaatteessa käyttämällä induktoria, joka on ensisijaisesti muuntaja, jolla on kaksi käämityssarjaa, nimittäin ensiö (tulo) ja toissijainen (lähtö).



Ensiökäämi on tarkoitettu vastaanottamaan suurjännitetaso suoraan, kun taas toissijainen on tämän tulon kääntäminen vastaavaan korkeajännitteiseen matalavirtaiseen vaihtovirtaulostuloon.

Mikä on vaihtovirta tai virta

Vaihtojännitteellä tarkoitamme jännitettä, joka vaihtaa napaisuuden positiivisesta negatiiviseksi ja päinvastoin monta kertaa sekunnissa riippuen muuntajan tulossa asetetusta taajuudesta.

Yleensä tämä taajuus on 50 Hz tai 60 Hz, riippuen tietyn maan käyttöominaisuuksista.

Keinotekoisesti muodostettua taajuutta käytetään yllä olevilla nopeuksilla lähtövaiheiden syöttämiseen, jotka voivat koostua tehomuuntajiin integroiduista tehotransistoreista tai mosfeteistä tai GBT: stä.

Voimalaitteet reagoivat syötettyihin pulsseihin ja käyttävät kytkettyä muuntajan käämitystä vastaavalla taajuudella annetulla akkuvirralla ja -jännitteellä.

Edellä mainittu toimenpide indusoi vastaavan korkean jännitteen muuntajan toisiokäämissä, joka lopulta tuottaa vaaditun 220 V: n tai 120 V: n vaihtovirran.

Yksinkertainen manuaalinen simulointi

Seuraava manuaalinen simulointi näyttää keskitapamuuntajaan perustuvan työntövetojännitemuuntajan perustoimintaperiaatteen.

Kun ensiökäämi vaihdetaan vuorotellen paristovirran kanssa, vastaava määrä jännitettä ja virtaa indusoidaan toissijaisen käämityksen yli lentää takaisin -tila, joka valaisee liitetyn polttimon.

Piirikäyttöisissä taajuusmuuttajissa sama toiminta toteutetaan, mutta teholaitteiden ja oskillaattoripiirin kautta, joka kytkee käämityksen paljon nopeammin, tavallisesti nopeudella 50 Hz tai 60 Hz.

Täten invertterissä sama toiminta nopeasta kytkennästä johtaisi kuorman näyttämiseen aina PÄÄLLÄ, vaikka todellisuudessa kuorma kytkettäisiin päälle / pois 50Hz tai 60Hz taajuudella.

taajuusmuuttajan käyttösimulaatio manuaalisella kytkennällä

Kuinka muuntaja muuntaa tietyn syötteen

Kuten edellä keskusteltiin, muuntaja yleensä on kaksi käämitystä, yksi ensisijainen ja toinen toissijainen.

Nämä kaksi käämiä reagoivat siten, että kun kytkentävirtaa käytetään ensiökäämin kohdalla, suhteellisen merkityksellinen teho siirtyy toissijaisen käämityksen yli sähkömagneettisen induktion kautta.

Siksi oletetaan, että jos ensiö on nimellisjännitteellä 12 V ja toissijainen 220 V: lla, värähtelevä tai sykkivä 12 V DC-tulo ensiöpuolelle indusoi ja tuottaa 220 V AC: n toissijaisten liittimien yli.

Ensisijaisen tulo ei kuitenkaan voi olla tasavirta, mikä tarkoittaa, että vaikka lähde voi olla tasavirta, se on käytettävä pulssimuodossa tai ajoittain primäärin poikki tai taajuuden muodossa määritetyllä tasolla, olemme keskustelivat tästä edellisessä osassa.

Tätä vaaditaan, jotta voidaan toteuttaa induktorin luontaiset ominaisuudet, joiden mukaan induktori rajoittaa vaihtelevaa virtaa ja yrittää tasapainottaa heittämällä vastaavan virran järjestelmään tulopulssin puuttuessa, joka tunnetaan myös nimellä flyback-ilmiö .

Siksi kun tasavirtaa käytetään, ensiö tallentaa tämän virran, ja kun tasavirta irrotetaan käämityksestä, käämitys antaa potkun palauttaa tallennetun virran liittimiensä yli.

Koska liittimet on kytketty irti, tämä taka-emf indusoituu sekundäärikäämitykseen muodostaen vaaditun vaihtovirran toissijaisten lähtöliittimien yli.

Edellä oleva selitys osoittaa siten, että pulssipiiri tai yksinkertaisemmin sanottuna oskillaattoripiiri tulee välttämättömäksi invertteriä suunniteltaessa.

Taajuusmuuttajan peruspiirivaiheet

Toimivan perusmuuntajan rakentaminen kohtuullisen hyvällä suorituskyvyllä edellyttää seuraavia peruselementtejä:

  • Muuntaja
  • Virtalaitteet, kuten N-kanava MOSFETit tai NPN kaksisuuntaiset tehotransistorit
  • Lyijyakku

Lohkokaavio

Tässä on lohkokaavio, joka kuvaa, miten yllä olevat elementit toteutetaan yksinkertaisella kokoonpanolla (keskihanan työntö-vedä).

Kuinka suunnitella oskillaattoripiiri invertterille

Oskillaattoripiiri on ratkaiseva piirivaihe missä tahansa taajuusmuuttajassa, koska tämä vaihe on vastuussa DC: n kytkemisestä muuntajan ensiökäämiin.

Oskillaattorivaihe on ehkä yksinkertaisin osa invertteripiirissä. Se on pohjimmiltaan hämmästyttävä multivibraattorikokoonpano, joka voidaan tehdä monin eri tavoin.

Voit käyttää NAND-portteja, NOR-portteja, laitteita, joissa on sisäänrakennetut oskillaattorit, kuten IC 4060, IC LM567 tai yksinkertaisesti 555 IC. Toinen vaihtoehto on transistoreiden ja kondensaattoreiden käyttö vakiomuodossa.

Seuraavat kuvat esittävät erilaisia ​​oskillaattorikokoonpanoja, joita voidaan tehokkaasti käyttää perusvärähtelyjen saavuttamiseksi mille tahansa ehdotetulle invertterirakenteelle.

Seuraavissa kaavioissa näemme muutamia suosittuja oskillaattoripiirisuunnitelmia, lähdöt ovat neliöaaltoja, jotka ovat tosiasiallisesti positiivisia pulsseja, korkeat neliölaatat osoittavat positiivisia potentiaalia, neliönlohkojen korkeus osoittavat jännitetason, joka on normaalisti sama kuin käytetty Syöttöjännite IC: lle ja neliön muotoisten lohkojen leveys ilmaisee ajanjakson, jonka ajan tämä jännite pysyy elossa.

Oskillaattorin rooli invertteripiirissä

Kuten edellisessä osassa keskusteltiin, oskillaattorivaihe tarvitaan perusjännitepulssien muodostamiseksi seuraavien tehovaiheiden syöttämiseksi.

Näiden vaiheiden pulssit voivat kuitenkin olla liian pieniä virtalähdöissään, ja siksi niitä ei voida syöttää suoraan muuntajalle tai tehotransistoreille lähtövaiheessa.

Värähtelyvirran työntämiseksi vaadituille tasoille käytetään normaalisti välivaiheohjainta, joka voi koostua parista suurivahvisteisesta keskitehoisesta transistorista tai jopa jostakin monimutkaisemmasta.

Kuitenkin tänään kehittyneiden mosfettien myötä kuljettajan vaihe voidaan kokonaan eliminoida.

Tämä johtuu siitä, että mosfetit ovat jännitteestä riippuvia laitteita eivätkä ne ole riippuvaisia ​​nykyisistä voimakkuuksista toiminnassa.

Jos portin ja lähteen poikki on yli 5 V: n potentiaali, useimmat mosfetit kyllästyvät ja johtavat täysin viemärinsä ja lähteensä yli, vaikka virta olisi vain 1 mA

Tämä tekee olosuhteista erittäin sopivia ja helppoja soveltaa niitä invertterisovelluksiin.

Voimme nähdä, että yllä olevissa oskillaattoripiireissä lähtö on yksi lähde, mutta kaikissa invertteritopologioissa vaaditaan vuorotellen tai vastakkaisesti polarisoituja pulssiulostuloja kahdesta lähteestä. Tämä voidaan saavuttaa yksinkertaisesti lisäämällä taajuusmuuttajan porttivaihe (jännitteen kääntämiseksi) oskillaattoreiden olemassa olevaan lähtöön, katso alla olevat kuvat.

Oskillaattorin vaiheen määrittäminen pienten invertteripiirien suunnitteluun

Yritetään nyt ymmärtää yksinkertaiset menetelmät, joiden avulla yllä kuvatut oskillaattorivaiheilla selitetyt voidaan liittää tehoportaalla tehokkaiden taajuusmuuttajamallien luomiseksi nopeasti.

Invertteripiirin suunnittelu NOT Gate -oskillaattorilla

Seuraava kuva osoittaa, kuinka pieni taajuusmuuttaja voidaan konfiguroida käyttämällä NOT gate oskillaattoria, kuten IC 4049: stä.

yksinkertainen invertteripiiri IC 4049: n avulla

Täällä pohjimmiltaan N1 / N2 muodostaa oskillaattorivaiheen, joka luo tarvittavat 50 Hz: n tai 60 Hz: n kellot tai värähtelyt, jotka vaaditaan invertteritoiminnalle. N3: ta käytetään näiden kellojen kääntämiseen, koska tehomuuntajavaiheessa on käytettävä vastakkain polarisoituja kelloja.

Voimme kuitenkin nähdä myös N4-, N5- ja N6-portit, jotka on konfiguroitu N3: n tulo- ja lähtölinjan poikki.

Itse asiassa N4, N5, N6 sisältyvät yksinkertaisesti IC 4049: n sisällä olevien 3 ylimääräisen portin sijoittamiseen, muuten vain ensimmäisiä N1, N2, N3 voitaisiin käyttää yksin operaatioihin ilman mitään ongelmia.

3 ylimääräistä portit toimivat kuin puskurit ja myös varmista, että näitä portteja ei jätetä kytkemättä, mikä voi muuten aiheuttaa haitallisia vaikutuksia IC: hen pitkällä aikavälillä.

Vastakkain polarisoidut kellot N4: n ja N5 / N6: n ulostulojen poikki kohdistetaan teho-BJT-vaiheen alustoihin käyttämällä TIP142-teho-BJT: itä, jotka pystyvät käsittelemään hyvän 10 ampeerin virran. Muuntaja voidaan nähdä konfiguroituna BJT: n kollektorien poikki.

Tulet huomaamaan, että yllä olevassa suunnittelussa ei käytetä välivahvistimia tai ohjainvaiheita, koska TIP142: lla itsessään on sisäinen BJT Darlington -aste tarvittavalle sisäänrakennetulle vahvistukselle ja pystyvät siksi vahvistamaan mukavasti matalavirtaiset kellot NOT-portista korkeaan virtavärähtelyt yhdistetyn muuntajakäämityksen yli.

Lisää IC 4049 -taajuusmuuttajamalleja löytyy alla:

Kotitekoinen 2000 VA: n virtamuuntajapiiri

Yksinkertaisin keskeytymätön virtalähde (UPS)

Invertteripiirin suunnittelu Schmidt Trigger NAND -porttioskillaattorilla

Seuraava kuva osoittaa, kuinka IC 4093: ta käyttävä oskillaattoripiiri voidaan integroida samanlaiseen BJT-tehoportaaseen hyödyllinen taajuusmuuttajan suunnittelu .

Kuvassa on esitetty pieni taajuusmuuttajarakenne, jossa käytetään IC 4093 Schmidt -liipaisimen NAND-portteja. Aivan identtisesti tässäkin N4 olisi voitu välttää ja BJT-emäkset olisi voitu liittää suoraan tulojen ja lähtöjen N3 yli. Mutta jälleen kerran, N4 on mukana yhden ylimääräisen portin sijoittamiseksi IC 4093: n sisällä ja sen varmistamiseksi, että sen tulotappi ei jätetä kytkemättä.

Muita vastaavia IC 4093 -invertterimalleja voi viitata seuraavista linkeistä:

Parhaat muunnetut invertteripiirit

Kuinka tehdä aurinkosuuntaajapiiri

Kuinka rakentaa 400 watin suuritehoinen invertteripiiri sisäänrakennetulla laturilla

UPS-piirin suunnittelu - opetusohjelma

Liitäntäkohteet IC 4093: lle ja IC 4049: lle

HUOMAUTUS: IC: n Vcc- ja Vss-syöttötapit eivät näy taajuusmuuttajan kaavioissa, näiden on oltava asianmukaisesti kytketty 12 V: n paristojännitteeseen 12 V: n taajuusmuuttajille. Suurjännitemuuntajien kohdalla tämä syöttö on vähennettävä asianmukaisesti 12 volttiin IC-syöttötapien osalta.

Pieninvertteripiirin suunnittelu IC 555 -oskillaattorilla

Edellä olevista esimerkeistä käy melko ilmeiseksi, että taajuusmuuttajien perusmuodot voidaan suunnitella kytkemällä yksinkertaisesti BJT + -muuntajan tehoaste oskillaattorivaiheeseen.

Samaa periaatetta noudattaen IC 555 -oskillaattoria voidaan käyttää myös pienen taajuusmuuttajan suunnittelussa alla olevan kuvan mukaisesti:

Yllä oleva piiri on itsestään selvä, eikä se ehkä vaadi enempää selitystä.

Lisää tällaisia ​​IC 555 -taajuusmuuttajapiirejä löytyy alla:

Yksinkertainen IC 555 -invertteripiiri

Taajuusmuuttajan topologioiden ymmärtäminen (kuinka määritetään tulosvaihe)

Edellä olevissa osioissa saimme tietää oskillaattorivaiheista ja myös siitä, että oskillaattorin pulssijännite menee suoraan edelliseen teholähtövaiheeseen.

Taajuusmuuttajan lähtötaso voidaan suunnitella ensisijaisesti kolmella tavalla.

Käyttämällä:

  1. Työnnä vetovaihe (keskihana-muuntajalla) yllä olevien esimerkkien mukaisesti
  2. Työnnä vedä puolisilta-vaihe
  3. Työnnä vedä koko- tai H-sillan vaihe

Työntövetovaihe, jossa käytetään keskihanamuuntajaa, on suosituin muotoilu, koska siihen sisältyy yksinkertaisempi toteutus ja se takaa taatut tulokset.

Se vaatii kuitenkin suurempia muuntajia, ja teho on pienempi.

Alla näkyy muutama taajuusmuuttajamalli, joka käyttää keskikohdemuuntajaa:

Tässä kokoonpanossa käytetään periaatteessa keskihana-muuntajaa, jonka ulkohanat on kytketty lähtölaitteiden kuumiin päihin (transistorit tai mosfetit), kun taas keskihana menee joko pariston negatiiviseen tai pariston positiiviseen paikkaan käytettyjen laitteiden tyypistä (N- tai P-tyyppi).

Puolisillan topologia

Puolisillan porras ei käytä keskikäämimuuntajaa.

TO puoli silta kokoonpano on kompaktin ja tehokkuuden kannalta parempi kuin keskihanan työntöpiirin tyyppi, mutta se vaatii suuriarvoisia kondensaattoreita yllä olevien toimintojen toteuttamiseksi.

TO täyssilta tai H-sillan invertteri on samanlainen kuin puolisiltaverkko, koska se sisältää myös tavallisen kahden hanamuuntajan eikä vaadi keskikohdemuuntajaa.

Ainoa ero on kondensaattoreiden poistaminen ja kahden muun virtalähteen sisällyttäminen.

Koko sillan topologia

Täyssiltamuuntajapiiri koostuu neljästä transistorista tai mosfetistä, jotka on järjestetty H-kirjainta muistuttavaan kokoonpanoon.

Kaikki neljä laitetta voivat olla N-kanavatyyppisiä tai kahdella N-kanavalla ja kahdella P-kanavalla riippuen käytettävästä ulkoisesta ohjaimen oskillaattorista.

Aivan kuten puolisilta, täysi silta vaatii myös erillisiä, eristettyjä vuorotellen värähteleviä lähtöjä laitteiden laukaisemiseksi.

Tulos on sama, kytkettyyn muuntajan primaariin kohdistetaan taaksepäin suuntautuva akkuvirran kytkentä sen läpi. Tämä muodostaa vaaditun indusoidun tehostetun jännitteen muuntajan ulostulon sekundäärikäämin yli. Tehokkuus on korkein tällä rakenteella.

H-Bridge-transistorin logiikan yksityiskohdat

Seuraava kaavio näyttää tyypillisen H-sillan konfiguraation, kytkentä tapahtuu kuten alla:

  1. KORKEA, KORKEA - eteenpäin työntäminen
  2. B HIGH, C HIGH - taaksepäin vedä
  3. A HIGH, B HIGH - vaarallinen (kielletty)
  4. C HIGH, D HIGH - vaarallinen (kielletty)

Edellä oleva selitys antaa perustiedot invertterin suunnittelusta, ja se voidaan sisällyttää vain tavallisten invertteripiirien, tyypillisesti neliöaaltotyyppien, suunnitteluun.

Taajuusmuuttajamalleihin voi kuitenkin liittyä monia muita käsitteitä, kuten siniaaltoinvertterin, PWM-pohjaisen taajuusmuuttajan, lähtöohjatun taajuusmuuttajan valmistaminen, nämä ovat vain lisävaiheita, jotka voidaan lisätä yllä selitettyihin perussuunnitelmiin mainittujen toimintojen toteuttamiseksi.

Keskustelemme niistä toisinaan tai saatamme käydä läpi arvokkaita kommenttejasi.




Edellinen: Kuinka muuntaa 12 V DC 220 V AC: ksi Seuraava: 3 mielenkiintoista DRL (Day Time Running Light) -piiriä autollesi